[发明专利]地震纵波吸收边界条件处理方法及装置

说明书

本申请公开了一种地震纵波吸收边界条件处理方法及装置，该方法包括：确定三维速度模型中每一点的波场值的初始值；根据当前时刻和当前时刻的前一时刻的波场值，计算当前时刻的下一时刻的第一波场值；根据第一波场值，利用GPU的寄存器阻塞算法计算当前时刻的下一时刻的单程波波场值；利用第一波场值和单程波波场值计算GPU内存的最慢速方向和第二快速方向的吸收边界条件；根据第一波场值，利用GPU的共享内存阻塞算法计算当前时刻的下一时刻的单程波波场值；利用第一波场值和单程波波场值计算GPU内存的最快速方向的吸收边界条件。本申请可以减少全局内存的读取次数，提高地震纵波波动方程数值模拟的总体运算效率。

技术领域

本申请涉及地球物理勘探地震波数值模拟技术领域，尤其涉及一种地震纵波吸收边界条件处理方法及装置。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

地震纵波波动方程模拟是一种通过数值方法求解波动方程，进而估计纵波在地球介质中传播特征的方法。研究人员和工程师可以通过该方法指导地震勘探中的施工设计，分析采集信号中的有效成分和识别地震剖面中的构造特征。此外，该方法还是许多新方法、新技术，如全波形反演和最小二乘偏移的核心基础。因此，高效的地震纵波波动方程模拟技术有助于提高石油地球物理勘探的效率。

在进行地震纵波波动方程三维数值模拟时，需要同时计算偏微分算子以及处理吸收边界条件，其中吸收边界是为了衰减由于计算机数值边界引起的虚假反射而人为设置的额外计算区域，在真实地质体中是不存在的。

为了提高地震纵波波动方程模拟的效率，许多学者基于图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)开展了波动方程微分算子的并行算法研究，并取得了显著的效果。但是针对GPU的吸收边界条件处理算法的研究是非常少的。这是因为边界条件的处理难度远大于微分算子，每个数值计算点的微分算子是完全相同的，容易实现并行计算，而吸收边界条件需要根据不同模型位置分为边、角、面以及上下、前后、左右等关系，加大了并行算法设计的难度，所以，目前的研究重点集中在计算微分算子上，而针对边界条件并行算法的研究很少。

当前已有的针对吸收边界条件的处理方法，往往会遇到下述问题：由于GPU并行计算的特殊性，即全局内存的读取延迟对总的计算时长起到决定性的影响，如果采用的吸收边界条件算法不合理，会造成全局内存的多次读取，严重情况下边界条件的计算时长会占到总时长的50％左右，极大降低了地震纵波波动方程数值模拟的总体运算效率。

发明内容

本申请实施例提供一种地震纵波吸收边界条件处理方法，用以减少全局内存的读取次数，提高地震纵波波动方程数值模拟的总体运算效率，该方法包括：

确定地震纵波传播的三维速度模型在三个维度的吸收边界条件，三维速度模型的三个维度分别表示GPU内存的最慢速方向、第二快速方向和最快速方向；初始化三维速度模型中每一点在三维地震波数值模拟的初始时刻以及初始时刻的前一时刻的波场值；针对三维数值模拟的初始时刻至终止时刻之间的每个时刻，执行下述方法计算吸收边界条件内每个点的波场值：根据当前时刻和当前时刻的前一时刻的波场值，利用声波动方程的数值算法计算当前时刻的下一时刻的第一波场值；根据第一波场值，利用GPU的寄存器阻塞算法计算当前时刻的下一时刻的单程波波场值，作为第二波场值；利用第一波场值和第二波场值计算GPU内存的最慢速方向和第二快速方向的吸收边界条件内每个点的波场值；根据第一波场值，利用GPU的共享内存阻塞算法计算当前时刻的下一时刻的单程波波场值，作为第三波场值；利用第一波场值和第三波场值计算GPU内存的最快速方向的吸收边界条件内每个点的波场值。

本申请实施例还提供一种地震纵波吸收边界条件处理装置，用以减少全局内存的读取次数，提高地震纵波波动方程数值模拟的总体运算效率，该装置包括：